近年来,由于石油工业、海上运输业的迅速发展,海上油田泄露、船舶溢油事故不断发生,对海域生态环境造成了严重影响。在海洋生态环境中,海洋浮游植物作为最主要的初级生产力,海洋食物链的起点,研究石油污染后期浮游植物群落结构的变化至关重要。国内外学者已就石油污染对浮游植物的短期影响做了大量相关研究(Djomo et al,2004; Parab et al,2008; 王君丽等,2011; 黄逸君等,2011),但是对石油污染后海洋中浮游植物群落结构的长期影响报道较少。2011年6月蓬莱19-3油田发生溢油事故,造成渤海约620 km²的海域污染,使渤海中部蓬莱19-3油田周边海域和西北部海域,以及辽东湾绥中沿岸水域环境和生物群落受到影响。作者通过对2012- 2014年辽东湾海域连续3年的浮游植物以及相关环境因子监测数据分析,研究了石油污染发生后3年时间辽东湾海域浮游植物群落结构的变化,以及石油污染对浮游植物群落结构是否产生后续影响,也为今后相关的研究工作提供参考。

调查范围在渤海(辽东半岛南端)老铁山角至(绥中)止锚湾连线以北辽东湾全部海域,调查站位38个(图 1)。自2012-2014年,连续3年对该海域浮游植物和相关影响环境因子(石油类、DIN、DIP、温度、DO和COD)进行监测。监测时间为每年5月、8月和10月。

图 1(Fig. 1)

图 1 监测站位 Figure 1 Sampling stations in the Liaodong Bay

浮游植物采集使用国际标准20号(孔径0.076 mm)筛绢制成的浅水Ⅲ型浮游生物网(网口直径为37 cm,网长1.4 m),由底至表垂直拖网,采集到的样品装到采样瓶中,加入5%浓度为40%的甲醛进行固定,带回实验室进行分类和计数。

石油类、DIN、DIP、温度、DO和COD等环境影响因子的样品采集、保存及分析方法均按《海洋监测规范》(GB17378-2007)和《海洋调查规范》(GB/T12763-2007)进行。

浮游植物群落指数采用香农-威纳指数H¢(Sha­n­n­o­n-Wiener index),计算公式为：

物种优势度Y的计算：根据各物种出现的频率及丰度来计算,计算公式为：

式中,N为采集样品中所有物种的总体个数；S为样品中的物种个数；P_i为第i种的个体数与样品中的总个数的比值；n_i为第i种的总体个数；f_i为第i种在各样品中出现的频率。以优势度Y < 0.02的标准来确定优势种(徐兆礼等,1989)。

采用SPSS19统计软件对浮游植物种类、细胞丰度以及生物多样性与环境影响因子做Pearson相关性分析。

2012-2014年调查海域3个季节浮游植物种类与细胞丰度的变化见表 1。调查结果显示,辽东湾浮游植物种类最低值出现在2012年5月,最高值出现在2013年10月,2012年3个季节浮游植物种类分别为26种、32种和38种,均低于2013年和2014年同期水平。浮游植物细胞丰度最高值出现在2012年8月,最低值出现在2012年5月。从3年总体结果来看,2012年辽东湾海域浮游植物种类数处于低水平,细胞丰度波动最大(图 2)。

表 1(Tab. 1)

表 1 2012-2014年辽东湾海域3个季节的浮游植物平均丰度和种类数 Table 1 Number of species and average abundance of phytoplankton in three seasons in the Liaodong Bay from 2012 to 2014 调查时间(年-月) 种类数 细胞丰度 Sampling time(Y-M) Amount of species Average abundance(x104 ind/m3) 2012-05 26 27 2012-08 32 3072 2012-10 38 242 2013-05 43 168 2013-08 35 142 2013-10 59 75 2014-05 39 63 2014-08 55 465 2014-10 56 34

表 1 2012-2014年辽东湾海域3个季节的浮游植物平均丰度和种类数 Table 1 Number of species and average abundance of phytoplankton in three seasons in the Liaodong Bay from 2012 to 2014

图 1(Fig. 1)

图 2 2012-2014年辽东湾海域3个季节的浮游植物的平均丰度和种类数 Figure 2 Number of species and average abundance of phytoplankton in three seasons in the Liaodong Bay from 2012 to 2014

2012-2014年调查海域3个季节浮游植物优势种变化情况见表 2。表 2中列出各季节优势度前三位的优势物种。从调查结果来看,辽东湾5月浮游植物优势种主要为具槽帕拉藻(Melosira sulcata),角毛藻属(Chaetoceros spp.)和夜光藻(Noctiluca scintillans),8月中肋骨条藻(Skeletonema costatum)优势度明显,10月主要优势种为圆筛藻属(Coscinodiscus spp.),具槽帕拉藻和角毛藻属,连续3年的调查结果基本一致。所不同的是,2012年5月和8月两种易引发赤潮的藻类夜光藻和中肋骨条藻优势度非常高。

表 2(Tab. 2)

表 2 2012-2014年辽东湾海域3个季节浮游植物的优势种及优势度 Table 2 The dominant species and the corresponding dominance degrees in three seasons in the Liaodong Bay from 2012 to 2014 调查时间(年-月)Sampling time(Y-M) 优势种Dominant species 优势度Dominance degree 2012-05 夜光藻 N. scintillans 0.372 窄隙角毛藻 Chaetoceros affinis 0.092 具槽帕拉藻 M. sulcata 0.063 2012-08 中肋骨条藻 S. costatum 0.840 2012-10 圆筛藻 Coscinodiscus spp. 0.156 角毛藻 Chaetoceros spp. 0.115 密联角毛藻 Chaetoceros densus 0.063 2013-05 具槽帕拉藻 M. sulcata 0.204 柔弱几内亚藻 Guinardia delicatula 0.153 角毛藻 Chaetoceros spp. 0.102 2013-08 角毛藻 Chaetoceros spp. 0.362 中肋骨条藻 S. costatum 0.102 窄隙角毛藻 Chaetoceros affinis 0.079 2013-10 圆筛藻 Coscinodiscus spp. 0.179 具槽帕拉藻 M. sulcata 0.131 角毛藻 Chaetoceros spp. 0.102 2014-05 角毛藻 Chaetoceros spp. 0.271 具槽帕拉藻 M. sulcata 0.196 夜光藻 N. scintillans 0.070 2014-08 中肋骨条藻 S. costatum 0.212 短角弯角藻 Eucampia zodiacus 0.091 泰晤士扭鞘藻 Streptotheca tamesis 0.045 2014-10 具槽帕拉藻 M. sulcata 0.384 圆筛藻 Coscinodiscus spp. 0.119 布氏双尾藻 Ditylum brightwelli 0.056

表 2 2012-2014年辽东湾海域3个季节浮游植物的优势种及优势度 Table 2 The dominant species and the corresponding dominance degrees in three seasons in the Liaodong Bay from 2012 to 2014

2012年5月辽东湾海域浮游植物多样性指数的范围在0.66-3.77之间,多样性指数平均值为2.58,辽东湾近岸海域多样性指数较高,辽东湾中部多样性指数低(图 3-a)；8月多样性指数的范围在0.13-3.41之间,多样性指数平均值为1.34,多样性指数由湾外向湾内递减,湾顶部多样性最低(图 3-b)；10月多样性指数的范围在1.35-3.79之间,多样性指数平均值为2.99,整个湾内多样性指数较高,在湾外呈递减趋势(图 3-c)。

2013年5月辽东湾海域浮游植物多样性指数变化范围在1.14-3.66之间,均值为2.52(图 3-d)；8月多样性指数变化范围在1.81-3.61之间,均值为2.76(图 3-e)；10月多样性指数变化范围在1.70-3.72之间,均值为2.94(图 3-f)。2013年各季节浮游植物多样性指数平面分布状况与2012年基本一致,2013年8月多样性指数要明显好于2012年同期。

2014年5月辽东湾海域浮游植物多样性指数变化范围在0.56-3.22之间,均值为1.76(图 3-g)；8月多样性指数变化范围在0.76-3.48之间,均值为2.47(图 3-h)；10月多样性指数变化范围在0.91-4.05之间,均值为2.50(图 3-i)。2014年3个季节浮游植物多样性指数平面分布与2012年和2013年变化不大,多样性指数略低。

图 1(Fig. 1)

图 3 2012-2014年辽东湾浮游植物多样性指数季节性分布 Figure 3 Seasonal distribution of the diversity index of phytoplankton in the Liaodong Bay from 2012 to 2014

图 4分别给出了辽东湾海域2012-2014年各项环境因子总体平均值的季节变化情况。从连续3年整体结果来看,辽东湾油类含量最高监测值达到2889 μg/L,最低值为5 μg/L。其中,2012年油类的监测均值8月最高,达到36 μg/L,10月最低,为16 μg/L。2013年5月和10月油类监测均值为3年监测中最高,分别为39 μg/L</ span>和38 μg/L,2014年油类监测最高均值出现在5月,为25 μg/L。从区域分布来看,油类浓度高值区出现在辽东湾西部和北部近岸海域,低值区出现在辽东湾中部和东南部海域。

图 1(Fig. 1)

图 4 2012-2014年辽东湾海域环境因子季节性变化 Figure 4 Seasonal variation of environmental factors in the Liaodong Bay from 2012 to 2014

无机氮和活性磷酸盐监测值呈明显季节性变化,无机氮监测值5月和10月高,8月有明显降低,活性磷酸盐监测值5月和8月低,在10月监测值有明显升高。从年际变化来看,2013年无机氮的监测值要高于2012年和2014年同期水平,活性磷酸盐2014年最高,2012年最低。调查区域N/P比值平均值在12.8:1-4.3:1之间,除2014年10月N/P比值平均值低于大洋海水和浮游生物体的Redfield比值16:1外 (Redfield,1958),其他航次N/P比值远高于16:1。营养盐结构呈现明显的P限制。

调查海域浮游植物群落结构数据与环境因子的Pearson相关性分析结果见表 3。从表 3可以看出,浮游植物群落结构的变化受多种环境因子的影响。2012年辽东湾浮游植物群落结构的变化与水温、COD、溶解氧以及油类相关性显著；2013年浮游植物群落结构变化与COD、无机氮、活性磷酸盐相关性显著；2014年浮游植物群落结构变化与水温、溶解氧、活性磷酸盐以及油类相关性显著。

表 3(Tab. 3)

表 3 浮游植物群落结构与环境因子的Pearson相关系数 Table 3 Pearson correlation between the phytoplankton community structure and the environmental factors(R) 年份Year 项目Item DIN DIP Oil T DO COD 2012 种类数 Amount of species 0.162 0.188 0.284* 0.389** 0.087 0.599** 细胞丰度 Cell abundance 0.037 0.030 0.218 0.324** 0.320* 0.360 多样性指数 Diversity index 0.217 0.066 0.376** 0.383** 0.097 –0.279 2013 种类数 Amount of species 0.275** 0.308** 0.079 0.192 0.062 0.311** 细胞丰度 Cell abundance 0.013 0.058 0.059 0.114 0.174 0.105 多样性指数 Diversity index 0.277** 0.099 0.080 0.126 0.084 0.127 2014 种类数 Amount of species 0.108 0.326** 0.148 0.278** 0.385** 0.044 细胞丰度 Cell abundance 0.052 0.147 0.203* 0.311** 0.043 0.091 多样性指数 Diversity index 0.032 0.242* 0.005 0.268** 0.323** 0.086 **为在0.01水平(双侧)上显著相关，*为在0.05水平(双侧)上显著相关 **denoted significant correlation at 0.01 level (double side), * denoted significant correlation at 0.05 level (double side)

表 3 浮游植物群落结构与环境因子的Pearson相关系数 Table 3 Pearson correlation between the phytoplankton community structure and the environmental factors(R)

2011年6月蓬莱19-3油田发生的溢油事故,对辽东湾直接污染区域较小,但是考虑到渤海属于半封闭海域,海水交换能力差,渤海大面积溢油污染造成的水质和生物群落的影响,是否波及整个辽东湾海域浮植物群落结构,有必要进行系统性研究。

本次调查辽东湾浮游植物群落结构在种类组成上,2012年5月、8月、10月3个航次浮游植物种类数分别为26种、32种和38种,均低于2013年和2014年同期水平。而宋伦等(2007)对辽东湾2005年7-9月浮游植物调查,辽东湾浮游植物种类数为56种,以及栾莎等(2012)、高伟等(2012)2009年对辽东湾西部春、夏、冬季网采浮游植物群落结构进行的分析结果为浮游植物种类春季(5月)32种,夏季(8月)82种,冬季(12月)60种。从上述结果看,溢油发生后一年的2012年,辽东湾浮游植物种类数在各季节均有明显的降低,而2013年和2014年浮游植物种类数的上升,表明了浮游植物群落很强的自我修复能力。

从优势种组成上看,连续3年的调查结果基本一致。辽东湾5月浮游植物优势种均为具槽帕拉藻,角毛藻属和夜光藻,8月中肋骨条藻优势度明显,10月主要优势种以圆筛藻属、具槽帕拉藻和角毛藻属为主。其中5月和10月优势种的组成,与以往有关该海域的文献报道结果差异不大(孙军等,1998; 栾莎等,2012; 高伟等,2012; 傅明珠等,2014)。而8月航次连续3年均以中肋骨条藻为主要优势种,这在溢油发生前的文献报道中是罕见的。中肋骨条藻的大量繁殖使整个辽东湾浮游植物细胞丰度分布和生物多样性指数均产生了严重影 响。尤其是2012年8月整个辽东湾海域中肋骨条藻的优势度达到0.840、浮游植物细胞丰度均值达3072× 10⁴ ind/m³,生物多样性指数均值降低到1.34,浮游植物群落结构受到了明显的影响。

通过浮游植物种类、细胞丰度以及生物多样性指数与环境因子的Pearson相关性分析结果发现,浮游植物群落结构的变化,除与水温、COD、溶解氧以及营养盐的相关性显著外,与海水中油类含量的变化也有显著相关性。

从连续3年的调查结果来看,调查区域N/P比值平均值在12.8:1-74.3:1之间,除2014年10月N/P比值平均值低于16:1外,其他航次N/P比值均高于16:1,大量的氮源有利于中肋骨条藻的大量繁殖(霍文毅等,2001)。溢油事故发生后,导致辽东湾海域油类的监测值整体升高,高值区主要集中在辽东湾西部和北部近岸海域。根据黄逸君等(2010、2011)对浮游植物进行原油污染慢性毒性效应研究发现,高浓度的原油胁迫对浮游植物的生长有极显著抑制作用,而低浓度的原油污染不会抑制浮游植物生长,反而可促进其生长。在高浓度WAF(≥2.28 mg/L)和低浓度WAF(≤1.16 mg/L)胁迫下,各季节浮游植物群落中中肋骨条藻的优势度均呈升高趋势,而其他优势种大都呈下降趋势。本次调查中油类监测值虽有所升高,但整体低于1.16 mg/L的水平,符合促进中肋骨条藻生长的条件。因此中肋骨条藻能暴发性繁殖可能与海水中油类含量的升高也有一定关系。

综上所述,19-3油田溢油事故发生后,辽东湾浮游植物种类数在2012年有明显的降低,而2013年和2014年浮游植物种类数的上升,表明了浮游植物群落很强的自我修复能力。中肋骨条藻在夏季出现暴发性繁殖,可能与海水中油类含量的升高有一定关系。除此之外,溢油后浮游植物主要物种没有出现较大变化,浮游植物群落较稳定,生物多样性变化不大。